Типы дроссельных (дисковых) клапанов (API 609)

Что такое дисковый клапан?

Дисковый клапан является регулирующим и запорным устройством, которое может быть альтернативой, в некоторых случаях, с шаровыми клапанами.

Этот тип клапана может быть классифицирован на основе нескольких параметров:

• конструкция: центрированный, сдвоенный эксцентриковый, трехэксцентриковый;
• тип концевого соединения: межфланцевое, муфтовое (полу или полностью), фланцевое и двухфланцевое;
• материал сиденья: мягкий (например, тефлон, буна, резина и т. д.) или металл (SS304, SS316);
• материалы корпуса и диска (от чугуна до высоконикелевых сплавов);
• приведение в действие: ручное (движение посредством рычажного механизма, зубчатое, червячное) и приводное (электрическое, пневматическое, гидравлическое и газо-масляное).

Дисковые клапаны могут использоваться для широкого спектра применений, таких как водоснабжение, очистка сточных вод, противопожарная защита, для химической и нефтяной промышленности, для систем обработки топлива, а также для применений в энергетической промышленности.

С введением двойных и тройных эксцентриковых конструкций дисковые клапаны все больше используются также в нефтегазовой промышленности и начали конкурировать с более традиционными клапанами, такими как шаровые и шаровые клапаны.

Принцип работы дискового клапана

Ключевым компонентом дискового клапана является диск, металлическое кольцо, которое расположено на центральной линии трубы и соединено с внешним приводом (ручной уровень или привод) с помощью стержня.

По сравнению с шаровым клапаном диск дискового клапана всегда находится в контакте с жидкостью, транспортируемой трубопроводом, и, следовательно, создает перепад давления.

В закрытом положении диск блокирует отверстие клапана, а в открытом положении диск позволяет проходить жидкости.

Движение на четверть оборота необходимо для переключения клапана из полностью открытого в полностью закрытое положение (и такое движение может быть выполнено так же быстро, как и для шаровых кранов).

Символ дроссельной заслонки на диаграммах P&ID показан на этом изображении

Технические характеристики дискового клапана

Спецификации API 609, ASME B16.34 (номинальное давление и температура), API 598 (тестирование), ASME B16.5 и ASME B16.47 (фланцевые концы) и спецификации ASME B16.25 охватывают размеры и допуски дроссельных клапанов для нефтехимической промышленности и трубопроводов.

Конструкция дискового клапана

Ключевая первая классификация между концентрическим или эксцентриковым дроссельным клапаном:

• концентрический дисковый клапан: шток центрируется в середине диска, а диск центрируется в отверстии
• эксцентриковый дисковый клапан (с двойным смещением и с тройным смещением): имеет один или несколько коротких валов (штоков), которые расположены в смещенном положении от центра клапана. Эксцентриковые дисковые клапаны также определяются как двойное или тройное смещение.

Концентрический дисковый клапан (слева), дисковый клапан с двойным смещением (в центре), дисковый клапан с тройным смещением (справа).

Концентрический дисковый клапан бабочки (центрированный)

Концентрический дисковый клапан используется на станциях очистки воды и сточных вод, системах противопожарной защиты и газоснабжения.

• Очистка воды
• Распределение воды
• Насосные установки
• Передача воды
• HVAC
• Аэрационные системы
• Очистка сточных вод
• Фильтровентиляционная установка
• Насосные установки
• Мембранные установки
• Противопожарная защита (внутри / снаружи)
• Природный газ и газ, сжигаемый в факелах

Двойной эксцентрический дисковый клапан

Двойные эксцентрические дисковые клапаны находят широкое применение в системах подземного водоснабжения и конкурируют с задвижками (особенно в больших размерах отверстий) благодаря тому, что они легче, дешевле и сводят к минимуму землеройные работы.

Трехкодовый эксцентрический дисковый клапан

Дисковые клапаны с тройным смещением изготовлены из высококачественных материалов, таких как нержавеющая сталь и дуплексная / супердуплексная сталь, и конкурируют с шаровыми кранами в критически важных применениях с заметной коррозией и высокой температурой / давлением. Дисковые клапаны с тройным смещением являются наиболее сложным типом и завоевывают долю рынка в последние годы.

Двойной по сравнению с трехкодовым эксцентрическим дисковым клапаном

Изображения показывают конструктивное различие между двойным и тройным эксцентриковым дисковым клапаном.

Материалы для дисковых клапанов

Корпус клапана

Дисковый клапан, как и любой другой тип клапана, доступен в нескольких материалах и комбинациях материалов (корпус, диск, седло).

Выбор материалов основывается на жидкости, которая должна быть закрыта, давлении и температуре применения. Ниже приведен список основных материалов, используемых для дроссельных заслонок, которые обычно являются литыми марками.

1. Корпус
2. Шток
3. Конусный штифт
4. Седло
5. Диск
6. Уплотнительное кольцо
7. Втулка
8. Ключ для вентиля

Углеродная сталь

Углеродистая сталь представляет собой железо и углеродистый сплав (никакие другие легирующие элементы не добавляются для контроля свойств материала).

Для конструкции дискового клапана чаще всего используется углеродистая сталь для формирования корпуса и диска клапана с использованием процесса литья в песчаную форму.

Наиболее распространенная марка, используемая для корпусов и дисков дискового клапана, - это стали ASTM A216 WCB и LCC (с низким содержанием углерода) (которые являются литой сталью). Они используются соответственно для работы при высоких и низких температурах.

Основным преимуществом дисковых клапанов из углеродистой стали (CS) является их относительно низкая стоимость в сочетании с приемлемой производительностью (особенно для приложений с низким давлением). Недостатком клапанов из углеродистой стали является их плохая коррозионная стойкость (которую можно улучшить, применяя внешние краски или материалы внутренней облицовки, такие как тефлон).

Нержавеющая сталь

Нержавеющие стали - это сплавы железа, никеля и хрома (минимальное содержание Cr составляет 10,5%). Добавление хрома образует самовосстанавливающийся слой оксида на поверхности материала, который защищает его от коррозии.

Когда поверхность изделия, изготовленного из нержавеющей стали, поцарапана, хром реагирует с кислородом и не дает ему реагировать с железом и ржаветь. Доступно много различных типов нержавеющих сталей, обычно называемых сериями 300 и 400.

Нержавеющие стали можно классифицировать на ферритные, аустенитные, мартенситные, дуплексные и отверждаемые осадками (14 Ph).

Эта классификация основана на микроструктуре материала путем изменения состава смешанных элементов. Наиболее распространенными типами SS, используемыми для изготовления клапанов, являются аустенитный и дуплексный.

Аустенитная нержавеющая сталь

Аустенитные нержавеющие стали содержат (в дополнение к хрому) никель, который сохраняет высокотемпературную гранецентрированную кубическую аустенитную структуру при температурах, при которых он обычно трансформировался бы в ферритную карбоцентричную кубическую структуру.

Эта гранецентрированная кубическая структура придает материалу большую прочность и пластичность по сравнению с ферритными марками.

В зависимости от процентного содержания содержащегося никеля, жесткая аустенитная структура может сохраняться даже при очень низких температурах, что делает материал пригодным для криогенных применений.

Добавление молибдена усиливает стойкость к точечной коррозии клапана.

Дуплексная сталь

Дуплексные нержавеющие стали (UNS S32205 и UNS S31803) имеют хорошо сбалансированную структуру как аустенитной гранецентрированной кубической, так и ферритовой объемно-центрированной структуры железа.

Композицию этого типа получают путем контроля легирующих элементов и термической обработки, выполняемой в сплаве для получения структуры, которая состоит из 50% аустенита и 50% феррита.

Нержавеющая сталь Duplex сочетает в себе более высокую прочность ферритной композиции с замечательной вязкостью аустенита.

Типы Super duplex (UNS S32750 и UNS S32760) содержат более высокие уровни хрома и молибдена для повышения устойчивости к коррозии.

Никелевая сталь

Никелевые сплавы используются для клапанов, подверженных очень жестким условиям эксплуатации с точки зрения жидкости, температуры и давления. Эти сплавы особенно подходят для чрезвычайно коррозионных применений, которые могут разрушить защитный оксидный слой сталей более низких сортов (как нержавеющая сталь).

Inconel, Incoloy и Hastelloy являются наиболее используемыми никелевыми сплавами, используемыми в конструкции клапанов. Основным недостатком никелевых сплавов является их высокая масса и высокая стоимость (множество клапанов из нержавеющей стали).

Титан и титановые сплавы

Титановые сплавы сочетают в себе замечательную прочность и легкий вес с превосходной коррозионной стойкостью.

Титановые сплавы имеют самое высокое отношение прочности к весу по сравнению с любым другим металлом. Подобно нержавеющим сталям, титановые сплавы имеют защитный оксидный слой на своей поверхности, который защищает изделие от ржавчины.

Титан обладает высокой устойчивостью к коррозии морской водой, особенно в средах, где присутствует гипохлорит.

Основным недостатком титановых сплавов является их высокая цена, величина нержавеющей стали и сложность производственного процесса из-за высокой реакционной способности металла (требуются специальные процедуры литья, чтобы предотвратить реакцию титана с кислородом во время плавки и разливки.

Никель, алюминий, бронза

Это медный сплав, который содержит примерно 10% алюминия, 5% никеля и 5% железа. Он обладает высокой коррозионной стойкостью, особенно в морской воде, и противостоит образованию биопленки, что часто является причиной возникновения проблем коррозии нержавеющих сталей.

Дисковые клапаны API 609 могут иметь мягкие или металлические седла. Клапаны с мягкими седлами также называются «мягкими седлами» или «упругими» дисковыми клапанами и относятся к центрированному типу. Эксцентричный дизайн (двойного или тройного смещения) доступны, как правило, с конструкцией металла сиденья, который также может быть огнестойкими.

Материал седла

Мягкий (дисковый клапан с упругим клином)

Дисковые клапаны с мягким седлом (упругие) оснащены EPDM (этилен-пропиленовый каучук), VITON (фтористый каучук), NBR ( бутадиен-нитрильный каучук), BUNA-N (бутадиен-акрилонитриловый каучук) и аналогичными мягкими седлами. Дисковые клапаны с мягким седлом обычно бывают концентрического типа и подходят для не критических применений и применений  с низким давлением.

Дисковый клапан с металлическим седлом

В этом случае корпус клапана и диск имеют металлическое уплотнение.

Высокопроизводительные дисковые клапаны (двойной эксцентриковые) доступны как с мягкими, так и с металлическими седлами. Дисковые клапаны с тройным смещением имеют, как правило, металлическое седло и противопожарную защиту ATEX (взрывоопасные атмосферы).

Дисковый клапан с двойным и тройным смещением.